12寸晶圓產能報告及不同尺寸矽片發展預測

2020-12-03 電子發燒友

12寸晶圓產能報告及不同尺寸矽片發展預測

佚名 發表於 2016-06-04 01:12:00

　　市場研究機構IC Insights近日公布了最新的2016~2020年全球晶圓產能報告，顯示全球營運中的12寸（300mm）晶圓廠數量持續成長，預期在2016年可達到100座。

　　IC Insights報告中其他關於12寸晶圓廠重點還包括：

　　· 有幾座預定2013年開幕的晶圓廠延遲到了2014年；而隨著臺灣業者茂德（ProMOS）的兩座大型12寸廠在2013年關閉，導致營運中的12寸晶圓廠數量在2013首度減少。

　　· 截至2015年底，全球有95座量產級的IC廠採用12寸晶圓（有大量研發晶片廠以及少數生產非IC產品，例如CMOS影像感測器的量產晶圓廠，但不包括在統計中）。

　　· 目前全球有8座12寸晶圓廠預計2017年開幕，有可能使該年度成為自2014年有9座晶圓廠開始營運以來，第二個有最多數量晶圓廠開始營運的年份。

　　· 到2020年底，預期全球將有再22座的12寸晶圓廠營運，讓全球應用於IC生產的12寸晶圓廠總數達到117座。而如果18寸（450mm）晶圓邁入量 產，12寸晶圓廠的高峰數量可達達到125座左右；而營運中8寸（200mm）量產晶圓廠的最高數量則是210座（在2015年12月為148座）。

　　12寸晶圓廠數量持續成長

　　今日的12寸晶圓廠可以很巨大，但它們以一種模組化的格式裝備；每個「模組」通常具備每月25K~45K晶圓片的產能，並與最接近的晶圓廠模組緊密連結；臺積電（TSMC）已經將這種模組化方案最佳化，其Fab 12、14與15等據點都是分階段擴張。

　　而18寸晶圓技術持續邁向量產，儘管其步伐不慍不火；而因為微影技術是轉移至18寸晶圓最大的挑戰之一，設備業者ASML在2014年3月宣布將暫時延遲18寸晶圓設備的開發，有產業界人士認為這是個18寸晶圓可能永遠部會發生的徵兆。

　　此外ASML還指出，其延遲18寸晶圓設備開發的決定是基於客戶的要求。IC Insights並不認為這意味著18寸晶圓將胎死腹中，不過該尺寸晶圓的試產可能要到2019年以後才會發生，而量產則還要再2~3年。

　　全球不同尺寸矽片市場現狀及發展預測

　　300mm矽片也就是12英寸矽片，自2009年起成為全球矽圓片需求的主流（大於50%），預計2017 年將佔矽片市場需求大於75%的份額。12寸的流片工藝是半導體製造中的很重要的工藝，所以我們現在也看到，大陸新建的晶圓代工廠，大多是12寸的工廠，其次還有一些使用二手設備的8寸的工廠，但6寸以下的新晶圓代工廠幾乎沒有。

　　截止2014年，全球300mm矽片實際出片量已佔各種矽片出片量的65%左右，平均約450萬片/月。2015年第1～第2季度每月平均需求量約500萬片。目前，12英寸矽片主要用於生產90nm-28nm及以下特徵尺寸（16nm和14nm）的存儲器、數字電路晶片及混合信號電路晶片。

　　2014年，在前十大的300mm晶圓需求廠商中，使用量最大的是三星，主要用於製作存儲器和邏輯晶片，第二大是美光，只做存儲器，第三大是Toshiba和SanDisk的公司，也基本上都是邏輯產品， 第四大的使用者是海力士，幾乎全是存儲器，而第五大使用者是臺灣的臺積電（TSMC），幾乎全部用作邏輯晶片，英特爾是第六大使用量。在前十大使用量中，臺積電，聯電（UMC），Powerchip等，12寸矽片代工和存儲器，華人做的很不錯。而我們國內對12寸矽片的需求量，也開始起來了，從半導體市場的需求量來看，大概從2004年開始，中國的需求量已經超過美國成為全球半導體需求最大的國家，2010年左右，中國大陸半導體的需求量佔全球的50%，2016年，基本佔全球需求量的60%。

　　大陸半導體需求量非常大，我們自己的IC（集成電路）產業生產量不夠，所以現在IC（集成電路）已經成為中國大陸進口額最多的單一項目，連續數年超過了石油的進口額。中國作為IC（集成電路）的使用大國，生產卻量能不夠，過多依賴進口，因此，目前國家成立的集成電路產業投資基金（大基金）及地方政府成立的集成電路專項基金，目的就是加速集成電路產業的發展和提升。

　　在2000年左右，國內IC（集成電路）生產可供應大約6-8%的國內需求，也就是超過90%依賴進口。到中芯國際建立後加上其它同行，國內整體可以供應15%的國內IC（集成電路）需求量。但從大概2006年至今，供應量雖然加大了不少，但需求量也同步增加，國內IC自我供應的百分比依然維持在15%左右。政府也較為關心IC行業發展，希望在2025年前，國內IC行業的自給率能夠達到至少50%。

　　而集成電路製造目前基本上是12寸，而且工藝都是40nm以下，2025年左右應該可以做到10nm甚至以下（尺寸）更先進工藝量產。其中，28nm在2017-2018年將會是主力，20nm的比重增加，而16nm和14nm難度很大，量產的數量還不太多，但預計2019年16nm和14nm應該會大規模量產，28nm的產品工藝會轉到16nm或14nm的工藝產品線，28nm工藝產量會慢慢下降。但是由於28nm是壽命較長的技術，2019年之後28nm工藝需求依然會很高，國家也因此希望加快研發並量產28nm的矽片（300mm大矽片），這是一個很好的機會。

　　目前的問題在於，最上遊的是設計公司，這在我們國內現在發展地相當不錯，有幾家公司都可以設計到16nm、14nm；但生產方面，上遊材料IC等級的多晶矽目前還沒有，但馬上就會有了，已經有幾家企業在立項推進。多晶矽的原材料，高純度的石英，目前已知的全世界的儲量，中國最多，品質最好，但我們之前卻是將石英還原成金屬矽後低價外銷，再高價進口多晶矽，並且石英還原成金屬矽的階段是高度汙染的。好在之前太陽能產業帶動了國內多晶矽產業的發展，目前太陽能等級的多晶矽，我國的產量已經是全球第一了。

　　太陽能等級的多晶矽純度為99.9999%，總共6個「9」，現在做的好一點的在7-8個「9」而半導體等級要11個「9」，目前國內實驗室可以做少量的半導體級的，但要做幾噸單晶，目前還做不到。所以國家對此也很重視，02專項裡就有立項解決半導體等級的多晶矽量產問題，預計大概在2-3年內可以做到11個「9」的多晶矽的量產，大致可以滿足國內產業鏈的需求。

　　但是IC產業鏈中，多晶矽的下遊環節：做成IC等級的晶棒和矽片，還是目前我們國家IC產業鏈缺失的重要一環。

　　目前，在產業鏈後端，國內IC Wafer Fabrication已經起來，封裝測試海峽兩岸已是全球第一，這方面大陸的進展比臺灣還要快些；另外，產品組裝已是世界第一，例如iPhone；End-user consumers亦是全球第一。國內IC產業鏈後端很強，前端反而弱些。

　　現在300mm半導體級的矽片，國內一個月需求量約45-50萬片，而目前國內的產量幾乎為零，這是產業鏈上最為緊缺的一環。而這一環，全球日本生產的最多，日本信越和SUMCO，這兩家的產能和實際供應量總和佔全球2/3以上。300mm半導體級的大矽片，不僅是產業鏈缺失的重要一環，也是國家安全戰略發展的需要。

　　國家在2012--2013年，科技部的02專項中，已有大矽片方面項目的經費準備，但遲遲不能發出項目，原因就是雖然有國內研發機構曾經做過12寸大矽片，研發成功，但由於良率不高還不能量產。2014年，科技部02專項的領導也與我們溝通過，要求是不僅研發成功，更要量產成功。量產的概念不是幾千片，是每個月10萬片以上交付客戶，連續6個月交付客戶10萬片以上，才算完成項目。

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